教学设计第六章微分中值定理及其应用§1 拉格朗日定理和函数的单调性题目：罗尔定理与拉格朗日定理一、教学目的：1.知识目标：分别掌握罗尔定理和拉格朗日定理及对应的几何意义，掌握三个推论。
2.能力目标：首先让同学们知道微分中值定理包括四大定理（罗尔定理、拉格朗日定理、柯西定理、泰勒定理），然后通过学习罗尔定理，类比学习理解拉格朗日定理，培养学生分析、抽象、概括和迁移的学习能力。
3.情感目标：在教学过程中，让学生发现数学知识的融会贯通，培养数形结合的思想，以及严密的思维方法，从而亲近数学，爱上数学。
二、教学重点与难点：1.重点：罗尔定理和拉格朗日定理，定理是基石，只有基石牢固，大厦才能建的高。
2.难点：罗尔定理和拉格朗日定理的应用与推广，以及这两个定理之间的区别与联系。
三、教学方法：教师启发讲授和学生探究学习的教学方法四、教学手段：板书与课件相结合五、教学基本流程：六、教学情境设计（1学时）：1、知识回顾费马定理：设函数)(x f 在0x 的某领域内有定义，且在0x 可导。
若0x 为f 的极值点，则必有0)(0='x f 。
它的几何意义在于：若函数)('x f 在=x 0x 可导，那么在该点的切线平行于x 轴。
2、引出定理，探究案例微分中值定理是微分学的重要组成部分，在导数的应用中起着桥梁作用，它包括四大定理，分别是罗尔定理、拉格朗日定理、柯西定理和泰勒定理，先学习拉格朗日定理的预备定理——罗尔定理。
定理6.1 (罗尔(Rolle )中值定理) 若函数f 满足如下条件：(i)f 在闭区间[]b a ,上连续； (ii)f 在开区间()b a ,内可导； (iii)()()b f a f =，则在()b a ,内至少存在一点ξ，使得()0='ξf . ()1罗尔定理的几何意义是说：在每一点都可导的一段连续曲线上，如果曲线的两端点高度相等，则至少存在一条水平切线(图6—1)．证 因为f 在[]b a ,上连续，所以有最大值与最小值，分别用M 与m 表示，现分两种情况来讨论：(1)若M m =，则，f 在[]b a ,上必为常数，从而结论显然成立．(2)若M m <，则因()()b f a f =，使得最大值M 与最小值m 至少有一个在()b a ,内某点ξ处取得，从而ξ是f 的极值点．由条件(ii)，f 在点ξ处可导，故由费马定理推知()0='ξf ．注 定理中的三个条件缺少任何一个，结论将不一定成立(图6—2)。
例1 设f 为R 上可导函数，证明：若方程()0='x f 没有实根，则方程()0=x f 至多有一个实根．证 这可反证如下：倘若()0=x f 有两个实根1x 和2x (设21x x <)，则函数f 在[]21,x x 上满足罗尔定理三个条件，从而存在()21,x x ∈ξ，使()0='ξf ，这与()0≠'x f 的假设相矛盾，命题得证．3、类比学习，理解定理定理6.2 (拉格朗日(Lagrange )中值定理) 若函数满足如下条件：()f i 在闭区间[]b a ,上连续；()f ii 在开区间()b a ,内可导， 则在()b a ,内至少存在一点ξ，使得 ()()()ab a f b f f --='ξ. ()2显然，特别当()()b f a f =时，本定理的结论(2)即为罗尔定理的结论(1)．这表明罗尔定理是拉格朗日定理的一个特殊情形． 证 作辅助函数()()()()()()a x ab a f b f a f x f x F -----=． 显然，()()()0==b f a F ，且F 在[]b a ,上满足罗尔定理的另两个条件．故存在),,(b a ∈ξ 使0)()()()(=---'='ab b f a f f F ξξ移项后即得到所要证明的（2）式。
拉格郎日中值定理的几何意义是：在满足定理条件的曲线)(x f y =上至少存在一点))(,(ξξf P ，该曲线在该点出的切线平行于曲线两端点的连线AB ，（如图6—3所示 ）。
定理的结论称为拉格朗日公式。
4、升华、理解新知 注解Note 1.定理的几何意义：在)(x f y =上至少存在一点))(,(ξξf P ，该曲线在该点出的切线平行于曲线两端点的连线AB 。
Note 2.定理只论证了ξ的存在性，),(b a ∈ξ，不知道ξ的准确数值，但并不妨碍它的应用.Note 3.拉格朗日公式还有下面几种等价表示形式：;),)(()()(b a a b f a f b f <<-'=-ξξ （3）;1),))((()()(<<--+'=-θθo a b a b a f a f b f （4） ;10,)()()(<<+'=-+θθh h a f a f h a f （5） 值得注意的是，拉格朗日公式无论对于b a <，还是b a >都成立，而ξ则是介于a 与b 之间的某一定数，而（4）、（5）两式的特点，在于把中值点ξ表示成了)(a b a -+θ，使得不论b a ,为何值，θ总可为小于1的某一正数。
例题讲解例2 证明对一切0,1≠->h h 成立不等式<+hh1 h h <+)1ln( 。
证 设)1ln()(x x f +=，则.10,11ln )1ln()1ln(<<+=-+=+θθhhh h当h >0时，由0<θ<1可推知1<h h h h h h h <+<++<+θ11,11. 当—1<h <0时，由0<θ<l 可推得1>.11,011h hh h h h h <+<+>+>+θθ 从而得到所要证明的结论。
推论推论1 若函数f 在区间I 上可导，且I x x f ∈≡',0)(，则f 为I 上一个常量函数．证 任取两点I x x ∈21, (设21x x <)，在区间[21,x x ]上应用拉格朗日定理，存在I x x ⊂∈),(21ξ，使得.0))(()()(1212=-'=-x x f x f x f ξ这就证得f 在区间I 上任何两点之值相等． 由推论1又可进一步得到如下结论：推论2 若函数f 和g 均在区间I 上可导，且),()(x g x f '≡'，I x ∈，则在区间I 上)(x f 与)(x g 只相差某一常数，即c x g x f +=)()((c 为某一常数)．推论3 (导数极限定理) 设函数f 在点0x 的某邻域U(0x )内连续，在)(0x U 内可导，且极限)(lim 0x f x x '→存在，则f在点0x 可导，且)(lim )(00x f x f xx '='→. (6)证 分别按左右导数来证明(6)式成立．(1) 任取)(0x U x+∈，)(x f 在[x x ,0]上满足拉格朗日定理条件，则存在),(0x x ∈ξ，使得)()()(00ξf x x x f x f '=-- (7)由于x x <<ξ0，因此当 +→0x x 时，随之有 +→0x ξ，对 (7)式两边取极限，得到)0()(lim )()(lim 0000+'='=--++→→x f f x x x f x f x x x x oξ (2) 同理可得 )0()(00-'='-x f x f ．因为k x f x x ='→)(lim 0存在，所以,)0()0(00k x f x f =-'=+' 从而='+)(0x f .)(,)(00k x f k x f ='='-即导数极限定理适合于用来求分段函数的导数例题讲解例3 求分段函数⎩⎨⎧>+≤+=0),1ln(,0,sin )(2x x x x x x f的导数。
解 首先易得⎪⎩⎪⎨⎧>+<+='.0,11,0cos 21)(,2x xx x x x f进一步考虑f 在 0=x 处的导数．在此之前，我们只能依赖导数定义来处理，现在则可以利用导数极限定理．由于),0(0)sin (lim 0(lim ),0(0)1ln(lim )(lim 2000f x x x f f x x f x x x x ==+===+=++++→→→→因此f 在0=x 处连续，又因,111lim )00(,1)cos 21(lim )00(020=+=+'=+=-'+-→→xf x x f x x所以.1)(lim 0='→x f x 依据导数极限定理推知f 在0=x 处可导,且.1)0(='f5、 课堂小结与作业1、罗尔中值定理的条件及几何意义。
2、拉格朗日中值定理的条件及几何意义。
3、加深定理理解的几个注解。
4、三个推论。
5、预习函数的单调性。
作业：习题2,4。